淺談超聲診斷技術(shù)的進(jìn)展和臨床應(yīng)用

張智強(qiáng)

【中圖分類(lèi)號(hào)】R445.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【文章編號(hào)】1004-4949（2014）03-0468-01

20世紀(jì)70年代中期相關(guān)領(lǐng)域開(kāi)始探討發(fā)展三維超聲成像技術(shù)，自80年代后期開(kāi)始，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得三維超聲成像技術(shù)得到了實(shí)現(xiàn)，三維超聲成像目前有3種成像模式，即表面成像、透明成像及多平面成像。三維超聲成像的基本步驟是利用二維超聲成像的探頭，按一定的空間順序采集一系列的二維圖像存入二維重建工作站中，計(jì)算機(jī)對(duì)按照某一規(guī)律采集的二維圖像進(jìn)行空間定位，并對(duì)按照某一規(guī)律采集的空隙進(jìn)行像素補(bǔ)差平滑，形成一個(gè)三維立體數(shù)據(jù)庫(kù)，然后勾劃感興趣區(qū)，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維重建，將重建好的三維圖像在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出來(lái)，圖像具有更高的空間分辨率，所含的信息量大，對(duì)組織結(jié)構(gòu)的分辨力更強(qiáng)更直觀。三維圖像的優(yōu)劣在很大程度上取決于二維圖像質(zhì)量的好壞，即三維超聲目前仍未擺脫二維超聲。

一超聲診斷技術(shù)

脈沖回波幅度法：凡利用脈沖超聲回波的幅度變化來(lái)傳遞機(jī)體組織解剖結(jié)構(gòu)情況的技術(shù)都屬于脈沖回波幅度法。應(yīng)用于臨床的包括：①A型幅度調(diào)制型。以波高表示回波幅度，反映機(jī)體組織空間一維信息；②B型亮度調(diào)制型。以亮度表示回波幅度，反映機(jī)體組織二維信息，提供機(jī)體組織的切面圖；③C型以亮度表示回波幅度，反映機(jī)體組織二維信息，但其提供的是機(jī)體組織等深的平面圖；④F型以亮度表示回波幅度，反映機(jī)體組織二維信息，即機(jī)體組織可變曲面（flexible）圖；⑤M型以亮度表示回波幅度，但它提供的是組織界面的時(shí)間活動(dòng)曲線；⑥三維顯示利用許多二維平面圖組成三維立體圖，由于成像速度不同，分為靜態(tài)三維、動(dòng)態(tài)三維和實(shí)時(shí)三維。

多普勒法：利用多普勒信號(hào)傳遞機(jī)體組織運(yùn)動(dòng)信息的技術(shù)都屬于多普勒法。一般分為 ：①D型利用多普勒頻譜圖獲取組織空間一維的運(yùn)動(dòng)信息。此型分為連續(xù)波多普勒（CW）、脈沖波多普勒（PW）和高脈沖重復(fù)頻率多普勒（HPRF）3種工作方式；②CFM型彩色血流圖反映機(jī)體組織的二維運(yùn)動(dòng)信息。此型除了經(jīng)典的CDFI外，還有彩色多普勒組織成像（CDTI）、彩色多普勒能量圖（CDE）和彩色方向能量圖（DCA）。 其他包括諧波成像、超聲CT、聲全息和超聲組織定征。

二超聲診斷儀的分類(lèi)

依照傳送機(jī)體信息的類(lèi)別分類(lèi)可以分：①B超診斷儀：這是一類(lèi)以B超模式為主的超聲診斷儀。視臨床的需要可加配M型或A型，主要了解機(jī)體的解剖學(xué)信息。一般又稱(chēng)“黑白B超”；②多普勒診斷儀：這一類(lèi)主要是以多普勒原理組成的超聲診斷儀，有胎心儀和頻譜儀；③彩超 這是以B模式和彩色血流圖結(jié)合的雙工系統(tǒng)，并可有M型、D型等其他超聲診斷模式，既可了解機(jī)體解剖學(xué)信息，又可了解運(yùn)動(dòng)學(xué)信息的設(shè)備。

按臨床用途可分：①心臟機(jī) 心臟專(zhuān)用彩超，一般配相控陣探頭，并有CW模式、對(duì)比諧波、心臟組織諧波和豐富的心功能檢測(cè)和評(píng)估技術(shù)；②腹部機(jī) 腹部用彩超機(jī)，主要用于腹部和婦產(chǎn)科檢查，一般要求兼顧檢查表淺器官。所有這類(lèi)機(jī)要配有3.5MHz，R50/60的凸陣探頭和線長(zhǎng)小于50mm頻率在7.5MHz以上的高頻線陣探頭，具有能量圖、腹部組織諧波圖、高分辨率的B型圖和腹部、婦產(chǎn)科和小器官所需要的測(cè)量軟件；③眼科用彩超 主要用于眼科檢查，要求有線長(zhǎng)小于35mm頻率高于10MHz的線陣探頭，具有A型和眼科測(cè)量軟件；④多用途機(jī) 適于全身有關(guān)部位的檢查，主要包括心臟、腹部、婦產(chǎn)科、小器官和頭顱。

三超聲診斷技術(shù)的進(jìn)展

全數(shù)字化超聲波診斷技術(shù) 該技術(shù)是指采用了數(shù)字聲束形成技術(shù)的設(shè)備，其核心是數(shù)字波束形成器。從電子技術(shù)的角度看，波束形成器可以分為模擬式和數(shù)字式。數(shù)字式在接收的前段將回波信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，用數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的延遲與疊加，這是兩種技術(shù)的根本區(qū)別。

傳統(tǒng)的數(shù)字波束形成器使用ASIC集成電路器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，研發(fā)及制造成本高，世界上僅有少數(shù)幾個(gè)廠家擁有該技術(shù)，只應(yīng)用于高檔彩超中。隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，利用大規(guī)模FPGA器來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字波束形成器已成為現(xiàn)實(shí)，其優(yōu)異的性?xún)r(jià)比和便利的升級(jí)能力，使得醫(yī)學(xué)超聲診斷系統(tǒng)全數(shù)字化成為潮流。

全數(shù)字技術(shù)提高了圖像的質(zhì)量，使超聲成像系統(tǒng)具有更高的可靠性和穩(wěn)定性。自1987年美國(guó)ATL公司研制出世界上第一臺(tái)前端全數(shù)字化超聲診斷系統(tǒng)以來(lái)，該技術(shù)已成為現(xiàn)今超聲診斷系統(tǒng)最先進(jìn)的平臺(tái)。全數(shù)字化技術(shù)的關(guān)鍵是用計(jì)算機(jī)控制的數(shù)字聲束形成及控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)再與工作在射頻下的高采集率A/D變換器及高速數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)結(jié)合起來(lái)形成數(shù)字化的核心。它包括有3個(gè)重要技術(shù)：①數(shù)字化聲束形成技術(shù)；②前端數(shù)字化或射頻信號(hào)模數(shù)變換技術(shù)；③寬頻探頭和寬頻技術(shù)。前端數(shù)字化后，分辨率改善30%，動(dòng)態(tài)范圍增加48dB，隨機(jī)噪聲降低1/3。超高密度陣元（512和1 024陣元）探頭，并可使探頭的相對(duì)帶寬超過(guò)80%。面陣超高密度陣元探頭的出現(xiàn)，使二維聚集成為可能，它能同時(shí)改善側(cè)向分辨力和橫向分辨力。而寬頻探頭結(jié)合數(shù)字聲束形成和射頻數(shù)字化使現(xiàn)今的全數(shù)字化系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)寬頻技術(shù)，該技術(shù)可避免使用模擬式儀器損失50%以上頻帶信息的弊端。所以寬頻探頭和寬頻技術(shù)不僅能解決分辨力和穿透力的矛盾，而且信息量豐富，有可能獲取完整的組織結(jié)構(gòu)反射的寬頻信號(hào)。真正的數(shù)字式超聲診斷儀應(yīng)從波束形成到信號(hào)轉(zhuǎn)化的全過(guò)程采用數(shù)字處理，圖像分辨率要比64～128通道的模擬式超聲診斷儀高出2倍以上。因超聲的關(guān)鍵技術(shù)是分辨率，數(shù)字式超聲采用數(shù)字波束形成技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)象素聚焦超聲，實(shí)現(xiàn)完全沒(méi)有失真的超聲圖像。全數(shù)字化超聲診斷儀是在數(shù)字波束形成的基礎(chǔ)上，包括數(shù)字圖像管理和數(shù)字圖像傳送，無(wú)失真的圖像存儲(chǔ)和調(diào)用，采用PACS的Dicom界面，運(yùn)算快、容量大，無(wú)失真圖像傳送。2000年美國(guó)CE公司發(fā)明的數(shù)字編碼超聲技術(shù)是對(duì)超聲脈沖進(jìn)行編碼和解碼，從而將數(shù)字化超聲進(jìn)一步前推到超聲波束，達(dá)到了將有用的微弱信號(hào)提升放大，抑制不需要的超聲回波信號(hào)。多方面改善了超聲波圖像的質(zhì)量，更為編碼二次諧波等一系列臨床應(yīng)用技術(shù)提供了基礎(chǔ)。總之，全數(shù)字化技術(shù)保證了超聲診斷設(shè)備圖像的清晰度和準(zhǔn)確度，分辨率更高，大大提高了超聲診斷的準(zhǔn)確率，直接決定著超聲診斷設(shè)備的整體質(zhì)量。

超聲診斷技術(shù)的發(fā)展很快，但在定量分析方面還很落后，還必須利用最新技術(shù)來(lái)提高設(shè)備的整體性能，如探測(cè)深度、空間分辨力、時(shí)間分辨率等指標(biāo)。結(jié)構(gòu)成像和運(yùn)動(dòng)成像是目前應(yīng)用最廣泛的兩項(xiàng)技術(shù)，除此之外，超聲醫(yī)學(xué)成像的方法與診斷治療一體化，促進(jìn)了超聲介入醫(yī)學(xué)的發(fā)展。